吸气式高超声速飞行器相比基于火箭动力的天地往返运输系统存在明显的性能优势，成为下一代高超声速天地往返运输系统中研究的重点。传统的飞机设计过程在早期的概念设计阶段从来不涉及以控制为中心的考虑，控制学科的引入在气动、推进和结构设计之后，这样的设计理念无疑孤立了各个系统的联系。本文针对高超声速飞行器模型具有多学科、强耦合、非线性的特点，在飞行器概念设计的早期阶段提出了一套新的、多学科、一体化的设计方案，将导航、制导与控制学科应用于动力学分析和控制器设计。本文以典型的吸气式高超声速飞行器外形为研究对象，考虑到模型生成的保真度要求和计算效率，利用高超声速空气动力学和具有热增加的准一维瑞利流原理估算气动力和发动机推力，并将飞行器等效为两端自由的Bernoulli-Euler梁气动弹性来分析，建立参数化的刚体-气动弹性耦合的高超声速飞行器纵向模型。在此基础上，分析了发动机气流溢出和热壅塞现象，通过理论分析和数值仿真对比飞行器刚体和刚体-气动弹性耦合模型的静、动态特性。进一步设计LQR控制器，对比仿真得到气动弹性对控制效果的影响。本文开展了飞行器参数化的比较研究，着重考查了控制相关的静态特性（飞行包线和配平点）和动态特性（不稳定性和非最小相位特性）在飞行器外形参数改变情况下的影响。然后利用经典和现代的控制方法分别设计了内环外跟踪控制器和LQR跟踪控制器，比较了不同飞行器外形对控制效果的影响，并给出了工程建议。最后，面向控制需求选择了一新的飞行器外形，并进行了仿真验证。